PERBANDINGAN TEKNIS DAN EKONOMIS PENGGUNAAN PENERANGAN JALAN UMUM SOLAR CELL DENGAN PENERANGAN JALAN UMUM KONVENSIONAL Daniel Bimbingan Limbong,Surya Tarmizi Kasim Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA Email:
[email protected] danielbimbingan@gmail,com
Abstrak Salah satu solusi dari pemerintah Indonesia akan menipisnya pasokan sumber energi konvensional yaitu dengan mengubah atau mengurangi pemakaian PJU (Penerangan Jalan Umum) konvensional menjadi PJUsolar cell. Perbedaan material antara PJU solar cell dengan PJU konvensional, menyebabkan perbedaan pada sisi teknis (kenyamanan) dan ekonomis (kehematan).Oleh karena itu, kita harus mengetahui perbedaan tersebut untuk mendapatkan PJU yang lebih menguntungkan dan layak dipakai.Pada paper ini diketahui PJU solar cellmenggunakan lampu LED (43 watt)dan dihitung sistem penerangannya memiliki intensitas penerangan rata-rata E_(rata-rata) = 6,2 lux. Sedangkan PJU konvensional menggunakan lampu SON T (250 watt)dan dihitung sistem penerangannya memiliki intensitas penerangan rata-rata E_(rata-rata) = 23,6 lux, dan Break Even Point(BEP) atau titik balik biaya keseluruhan PJU konvensional versus biaya keseluruhan PJU solar cell terjadi pada tahun ke-6 dimana biaya pengeluaran PJU konvensional yang sebesar Rp1.250.672.373 akan melewati atau lebih besar dari biaya pengeluaran PJU solar cell yang sebesar Rp 1.138.231.220 atau lebih ringkasnya pada tahun ke 6 PJU solar cell lebih hemat daripada PJU konvensional.
Kata kunci: penerangan jalan umum konvensional, penerangan jalan umum solar cell, Break Even Point (BEP)
1. Pendahuluan Krisis energi adalah masalah yang sangat fundamental di Indonesia. Salah satu usaha yang dilakukan adalah pemanfaatan sumber energi baru, dimana sumber energi tersebut haruslah yang berkelanjutan, berjumlah besar, dan ramah terhadap lingkungan sekitarnya. Karena hal tersebut, maka mulai memanfaatkan energi matahari (sinar matahari) sebagai sumber energi pembangkit tenaga listrik.Untuk mengkonversikan sinar matahari menjadi energi listrik secara langsung dibutuhkan suatu alat yang dinamakan sel surya (solar cell). Selanjutnya energi listrik yang dihasilkan dari solar cell dapat digunakan untuk berbagai penggunaan.Salah satu aplikasinya digunakan untuk sumber energi lampu pada penerangan jalan umum pada jalan Ir.H Juanda di kota Medan. Tetapi material-material yang digunakan ketika solar cell diaplikasikan pada penerangan jalan umum sangat berbeda dengan material-material yang digunakan pada penerangan jalan umum konvensional.Sehingga akan menyebabkan
perbedaanpada hal teknis dan ekonomis terhadap penggunaan PJU solar cell dengan PJU konvensional. 2. Instalasi Penerangan dan Biaya PJU Dalammerencanakan instalasi penerangan,adakriteria yang perlu diperhatikan untukmendapatkan penerangan yang baik yaitu memenuhifungsi supaya mata kita dapat melihat dengan jelas dannyaman.Sehingga ada beberapa perhitungan pada sistem penerangan,diantaranya adalah intensitas penerangan dan luminansi. Besar energi yang terpakai lampu PJU adalah besarnya daya lampu dikali dengan lamanya lampu menyala (beroperasi) adalah; =
x
(1)
Dimana : =energi yang terpakai (wh atau watt.hour) = daya beban atau lampu (watt) = lama pemakaian beban (jam)
-146-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 8 NO. 3/September 2014
Intensitas cahaya adalah fluks cahaya per satuan sudut ruang dalarn arah pancaran cahaya [1].
= Dimana : = intensitas cahaya (candela) = fluks cahaya dalam lumen (lm) w = sudut ruang dalam steridian (sr)
Kolektor; 3-7 0,14 1,00 Primer 3-7 0,14 1,00 Sekunder Arteri11 - 20 0,14 - 0,20 1,50 Primer 11 - 20 0,14 - 0,20 1,50 Sekunder Arteri dengan akseskontro 15 - 20 0,14 - 0,20 1,50 l,jalan bebashamb atan Layang, simpangsus 20 - 25 0,20 2,00 un, terowongan
(2)
Luminansi adalah fluks cahaya persatuan sudut ruang atau intensitas cahaya dari suatu permukaan per satuan luas[1].
=
(
)
=(
)
=(
.
keterangan : g1 VD VI G TJ
(3)
)
Dimana : = luminasi (cd/m2) A = luas bidang (m2) r = jarak dari sumber cahaya ke sebuah titik (m) = sudut antara sinar datang dengan garis normal objek
=
g
g
=
Badan Standardisasi Nasional (BSN) telah menetapkan pencahayaan yang sebaiknya untuk penerangan jalan.Kualitas pencahayaan pada suatu jalan diukur berdasarkan metoda iluminansi dan luminansi.Kualitas pencahayaan normal menurut jenis atau klasifikasi fungsi jalan ditentukan seperti pada Tabel 1. Tabel 1.Kualitas pencahayaan normal[2] Luminansi
E Kemerataan Kemerataan L rata- (Uniformity) rata(uniformity) rata rata lux cd/m2 VD VI g1
TJ (%)
Trotoar
1-4
0,10
0,10 0,40
0,50
4
20
Lokal: Primer Sekunder
2-5 2-5
0,10 0,10
0,50 0,40 0,50 0,40
0,50 0,50
4 4
20 20
0,40 0,50 - 0,70 5-6 10 - 20 0,40 0,50 - 0,70 5-6 10 - 20
0,40 0,50 - 0,70 5-6 10 - 20
0,40
0,70
6
10
= Emin/Emaks = Lmin/Lmaks = Lmin/Lrata-rata = silau (glare) = batas ambang kesilauan
(
)
(5)
Dimana : FVAn = Nilai mendatang (future worth) A = Aliran kas akhir untuk bebeapa periode yang berurutan (annual worth) N = Jumlah periode pemajemukan i = Tingkat bunga efektif per periode Sedangkan biaya operasional pada PJU konvensional sangat bergantung pada TDL (Tarif Dasar Listrik) yang telah ditetapkan pemerintah.
Batasansilau
G
20 20
b. Biaya operasional yaitu biaya yang dikeluarkan dalam rangka menjalankan aktifitas usaha tersebut sesuai dengan tujuan.Biaya ini biasanya dilakukan secara rutin. Karena kegiatan tersebut dilakukan secara berkala (annuity) dan biayanya akan terus naik setiap beberapa periode, maka digunakan metode nilai masa depan (future value annuity):
h = tinggi sumber cahaya ke permukaan tanah secara vertikal (m)
Jenis/ klasifikasi jalan
4-5 4-5
a. Biaya investasi yaitu biaya yang ditanamkan dalam rangka menyiapkan kebutuhan usaha untuk siap beroperasi dengan baik.Biaya ini biasanya dilakukan pada awal kegiatan usaha dalam jumlah yang relatif besar untuk berkesinambungan usaha tersebut.
cos θ = cos θ (4) h cos α = cos θ = r Dimana : = intensitas penerangan/iluminasi (lux atau lm/ m2) g = fluks cahaya dalam lumen (lm)
Kuat pencahayaan (Iluminansi)
0,50 0,50
Parameter dasar biaya yang mempengaruhi perkiraan ekonomi PJU solar cell dan konvensional adalah:
lluminasi atau intensitas penerangan adalah kerapatan fluks cahaya yang mengenai suatu permukaaan[1]. E=
0,40 0,40
Biaya pemakaian listrik = E x t x TDL (6) Dimana : TDL = Tarif dasar listrik untuk PJU (Rp –/Kwh) = waktu pemakaian lampu jalan (hours) c. Biaya perawatan yaitu biaya yang diperuntukkan dalam rangka menjaga/menjamin -147-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 8 NO. 3/September 2014
performance (kerja) fasilitas atau peralatan agar selalu prima dan siap dioperasikan. Biaya perawatan pada PJU adalah biaya pergantian material karena rusak atau tidak layak digunakan lagi [3].
Tabel 2.Dimensi tinggi dan diameter PJU Diameter Tinggi Tiang (m) (mm) Segmen Tiang A Tiang B (a) (b) (m) (m) a 125 150 2,0 2,0 b 100 125 2,0 1.5 c 75 100 2,8 2,8 d 50 80 2.2 2.2 H Total 9,0 8,5
Fv = Pv (1 + i) (7) Dimana : = Nilai sekarang (present worth) = Nilai mendatang (future worth) = Jumlah periode pemajemukan (UsiaMaterial) = Tingkat bunga efektif per periode
4. Hasildan Pembahasan 3. Metode Penelitian
Perbedaan jenis dan spesifikasi lampu PJU yang tertera pada Tabel 3, didapat perbedaan pada hal teknis pada sistem penerangan antara penggunaan PJU solar cell dengan PJU konvensional. Tabel 3.Data lampu dan kemiringan ornament
Penelitian ini mengambil lokasi pada jalan Ir.H Juanda Kota Medan dari titik 0 meter hingga + 1120 meter atau 28 tiang PJU yang menggunakan solar cell dimana jalan tersebut telah diganti dari penerangan jalan umum konvensional (sumber energi dari PLN)menjadi penerangan jalan umum solar cell (sumber energi dari matahari) sejak oktober 2012. Pengumpulan data lapangan dibantu oleh Dinas Pertamanan Kota Medan yang berlokasi di kantor Dinas Pertamanan Kota Medan. Perbedaan bentuk atau konstruksi tiang PJU konvensional dan solar cell pada jalan Ir.H
Keterangan Jenis lampu Daya lumen ( )
PJU konvensional Lampu SON T 250 watt 27.000 lm
PJU solar cell Lampu LED 43 watt 4500 lm
20
10
Sudut kemiringan ornament (φ)
Perhitungan besar energi yang dipakai lampu SON Tdapat dihitung dengan persamaan (1): jam = 250 watt x 12 = 3,0 kwh/hari hari Sedangkan besar energi yang dipakai lampu LED: jam = 43 watt x 12 = 0,516 kwh/hari hari Perhitungan intensitas cahaya PJU konvensionaldapat dihitung dengan persamaan (20): ∅ 27000 27000 I = = = = 2149,7 cd 4 4 x 3,14 Untuk intensitas cahaya PJU solar cell: ∅ 27000 27000 I = = = = 2149,7 cd 4 4 x 3,14
Juanda Medan dapat dilihat pada Gambar 1. (a) (b) Gambar 1.Konstruksi Tiang PJU (a) PJU konvensional dan b) PJU solar cell
Menurut persamaan (3),dapat dihitung luminansi PJU konvensional: , = = 17,9cd/m2 (
Sedangkan perbedaan dimensi tinggi dan diameter tiang PJU konvensional dan solar cellpada jalan Ir.H Juanda Medan dapat dilihat pada Tabel 2.
.
)
,
= (
)
= 11,36cd/m2
. (
-148-
)
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
=
(
.
)
=
VOL. 8 NO. 3/September 2014 ,
(
.
)
= 28,24 cd/m2
Untuk luminansi PJU solar cell: , = = 3cd/m2 (
.
, )
( ,
= 5 cd/m2 ,
. ( ,
=
(
.
)
=
)
, ( ,
.
)
= 2cd/m2
Iluminasi (intensitas penerangan) PJUkonvensionaldapat dihitung dengan persamaan (4): ∅ = = = 23.625lux = 2 E
=
g
g
=
cos α =
.
(
. cos 20 = 58,08 lux
Untuk menghitung iluminasi penerangan)PJU solar cell: = = 2 x
∅
=
g h
= 10,98
)
(intensitas
= 6,2 lux
cos α =
g
cos α =
,
4.480.000
3 thn
Kapasitor 20 mF
56
2.800.000
3 thn
Biaya Total
1485 . 8,5
. cos 10 = 19,6 lux
Jenis Material
Untuk perhitungan keseluruhan total biaya pembelian material awal untuk membuat PJU tersebutdapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Biaya investasi PJU konvensional
82.200.000 30 thn 2.955.000
13.562.500
42.000.000
Rp 529.474.000
Jumlah
Biaya Total
Umur
Tiang PJU
28
266.000.000
30 thn
Panel surya 80 watt peaks
112
380.800.000
25 thn
Lampu LED 43 watt
56
84.000.000
40.000 jam
Armatur Lampu
56
78.400.000
10 thn
Baterai 150 Ah
56
2.800.000
2.600 kali pengisian
Solar Charge Controller
56
78.400.000
10 thn
Box (Baterai, Solar Charge Controller)
56
123.200.000
30 thn
Tiang PJU
28
246.000.000 30 thn
Lampu SON T
56
21.280.000 15.000
Biaya instalasi material pertiang + 28 tiang Panel APP (gaji & sewa peralatan)
Balast Sodium
56
25.200.000
Biaya Total
Jumlah
2.295.000
Perhitungan keseluruhan total biaya pembelian material awal untuk PJU solar celldapat dilihat pada Tabel 5 Tabel 5. Biaya investasi PJU solar cell
(8,5 + 19 )
Keterangan : i. Intensitas penerangan minimum ( E ) harus dikalikan dua karena titik terjauh pada permukaan jalan yang akan disinari lampu berada diantara tiang atau lampu PJUsebelahnya. ) memiliki sudut ii. Luminansi rata-rata (L sebesar600 karena pada sudut itu jatuh cahaya tepat padapertengahan permukaan jalan. iii. Jarak (r) titik terjauh dan terdekat pada perhitunganluminansi dan iluminasi adalah sama . iv. Besar sudut ( ) pada titik terjauh dan terdekat padaperhitungan luminansi dan iluminasi adalah sama
Jenis Material
78.400.000 10 thn 6.400.000 3 thn 1.152.000 3 thn 550.000
8,5
= 2,8 =
56
Armatur Lampu 56 Panel APP 1 MCB 1 phasa 12 MCB 3 phasa 1 Kabel NYM + 255 m 2 x 2.5 mm2 Kabel NYFGbY + 1.200 m 4 x 10 mm2 Kabel NYFGbY + 30 m 4 x 16 mm2 Biaya Penyambungan 17.500 kwh-meter VA (Listrik dari PLN) Biaya instalasi material pertiang + Panel APP 28 tiang (gaji & sewa peralatan)
)
=
Ignitor SN 58
Biaya Total
Umur
3 thn
-149-
42.000.000
Rp 1.122.800.000
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 8 NO. 3/September 2014 PJU konvensional dan PJU solar cell dapat dihitung dengan persamaan (7). a. Dengan perkiraankenaikan harga material PJU konvensional 10% pertahun, sehingga dapat dilihat perkiraan biaya perawatan PJU konvensional pada Tabel 8, dimana contoh perhitungannya adalah: SON T 250 watt + Balast Sodium 250 watt + Ignitor SN 58 + Kapasitor 20 mF + MCB (1∅& 3∅) = Rp 84.022.000,00 Fv = Pv (1 + i) = 84.022.000⌈(1 + 0,1) ⌉ Fv = Rp 111.833.282
Menurut ketetapan pemerintah,TDL (Tarif Dasar Listrik) pada tahun 2013 akanberubah tiap 3 bulan, sehingga didapat biaya beban PJU konvensional dalam setahun pada Tabel 6. Tabel 6. Biaya beban [4] Biaya Biaya Beban Eload / Blok II [3 x 40 x (Eload Keterangan cosφ (Rp – /cosφ) x Biaya Blok II (KVA) /KVA) Januari – 17,5 1380 Rp 2.898.000,00 Maret April – Juni 17,5 1380 Rp 2.898.000,00 Juli – 17,5 1380 Rp 2.898.000,00 September Oktober – 17,5 997 Rp 2.093.700,00 Desember Biaya Total Rp 10.787.700,00
b. Biaya perawatan PJU solar cell, dengan perkiraankenaikan harga material 10% pertahun didapat perkiraan biaya perawatan PJU solar cell pada Tabel 8, misalnya: Baterai 150 Ah = Rp 123.200.000 Fv = Pv (1 + i) = 123.200.000⌈(1 + 0,1) ⌉
Untuk perhitungan biaya pemakaian listrik dapatdihitung dengan persamaan (6), sehingga hasilnya dapat dilihat pada Tabel 7. Tabel 7. Biaya pemakaian listrik[4]
Biaya Awal
Biaya TDL Pemakaian Eload t Keterangan (Rp Kw jam Listrik /Kwh) (E x t x TDL) Januari – 108 14 861 13.018.320,00 Maret 0 April – 109 14 904 13.820.352,00 Juni 2 Juli – 110 14 949 14.667.744,00 September 4 Oktober – 110 14 997 15.409.632,00 Desember 4 Biaya Total Rp 56.916.048,00
Tahun Ke-
PJU Solar Cell
Rp 529.474.000 Biaya Operasional
Biaya Perawatan
Rp 1.122.800.000 Biaya Operasional
Biaya Perawatan
1
67.703.748
0
2.000.000
0
2
71.088.936
0
2.200.000
0
3
74.643.382 111.833.282 2.420.000
0
4
78.375.551
0
2.662.000
0
5
82.294.329
0
2.928.200
0
Total 6 Total 7
Biaya operasional PJU konvensional merupakan biaya rekening listrik (biaya beban + biaya pemakaian listrik) yang harus dibayar.Maka biaya rekening listrik pada tahun 2013 adalah:
PJU Konvensional
Total 8 Total
Rp 1.015.413.228
Rp 1.135.010.200
86.409.046 148.850.099 3.221.020 Rp 1.250.672.373 90.729.498
0
Rp 1.138.231.220
0
3.543.122 240.240.000
Rp 1.341.401.871
Rp 1.382.014.342
95.265.973
0
3.897.435 0 Rp 1.385.911.777 Rp 1.436.667.844
100.029.272 198.119.481 4.287.178 0 Rp 1.390.198.955 Total Rp 1.734.816.597 10 105.030.735 203.840.000 4.715.896 342.160.000 9
56.916.048,00+ 10.787.700,00 = Rp 67.703.748,00
Sedangkan biaya operasional PJU solar cell adalah biaya pembersih panel surya setiap 3 bulan yang berkisar Rp 500.000,00 atau Rp 2.000.000,00/tahun. Dengan perkiraan kenaikan harga material 10% pertahun dan perkiraan kenaikan TDL sebesar 5% pertahun didapat perkiraan biaya operasional pada Tabel 8.
Total
Rp 2.043.830.012
Rp 1.737.074.851
Fv = Rp 240.240.000 Tabel 8. Totalbiaya PJU Adapun isi Tabel 8 disederhanakan dalam bentuk grafik dapat terlihat pada Gambar 2.
Perhitungan biaya perawatan PJU merupakan biaya pergantian material, dimana di paper ini pergantian material dilakukan sesuai dengan umur atau usia yang telah ditetapkan dari produk material tersebu, dan perhitungan biaya perawatan -150-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 8 NO. 3/September 2014 5. Biaya perawatan PJU konvensional lebih besar dari biaya perawatan PJU solar cell hingga pada tahun ke 10 beroperasi, karena usia/umur material PJU konvensional lebih sedikit daripada PJU solar cell. 6. Break Even Point atau titik balik biayatotal PJU konvensional akan melewati biaya totalPJU solar cell terjadi pada tahun ke-6 (lihat Gambar 2) atau pada tahun ke 6 PJU solar cell lebih hemat dari PJU konvensional.
Nilai Biaya Hingga Pada Tahun ke-
2,500,000,000
2,000,000,000
1,500,000,000
1,000,000,000
500,000,000
6.
0
0
1
2 3 4 5 6 7 Tahun PJU Beroperasi
PJU Solar Cell
8
9
10
PJU Konvensional
Gambar 2. Kurva biaya break even poinPJU konvensional vs PJU solar cell 5.
Daftar Pustaka [1] Wibawa, Unggul &Darmawan, Andy. 2008. Penerapan Sistem Photovoltaik
Sebagai Supply Daya Listrik Beban Pertamanan.Jakarta: Jurnal EECIS. [2] Standar Nasional Indonesia.2008. Spesifikasi Penerangan Jalan Di Kawasan Perkotaan. Jakarta: Badan Standardisasi Nasional (BSN) [3] Giatman, M. 2005. Ekonomi Teknik. Jakarta: PT Raja Grafindo.
Kesimpulan
Dari hasil analisa data yang dperoleh dari percobaan yang dilakukan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Sistem penerangan PJU solar Cell pada jalan Ir.H Juanda Medan tidak dapat dikatakan baik seutuhnya, karena E_(ratarata) = 6,2 lux atau dibawah 11 (seperti tertera pada Tabel 2.5) dan itu tidak sesuai SNI untuk penerangan jalan. Tetapi luminansi dan kemerataan iluminasi pencahayaannya sesuai SNI. 2. Sistem penerangan jalan umum konvensional pada jalan Ir.H Juanda Medan juga tidak dapat dikatakan baik, karena E_(rata-rata)= 23,6 lux atau diatas 20 (seperti tertera pada Tabel 2.5), L_(rata-rata) = 8,95 cd/m2 atau diatas 1,5 (seperti tertera pada Tabel 2.5) dan itu tidak sesuai SNI untuk penerangan jalan. Tetapi kemerataan luminansi dan iluminasi pencahayaannya sesuai SNI. 3. Biaya investasi awal PJU solar cell sebesar Rp 1.122.800.000 jauh lebih besar dari biaya investasi awal PJU konvensional sebesar Rp 529.474.000. 4. Biaya operasional PJU konvensional sangat tergantung dengan TDL (Tarif Dasar Listrik), sedangkan biaya operasional PJU solar cell hanya harga pembersih panel surya.
[4] http://www.pln.co.id
-151-
copyright @ DTE FT USU
